计算机网络中科大 - 第7章 网络安全（详细解析）-以及案例
目录
- 🛡️ 第8章：网络安全（Network Security）优化整合笔记
- 📌 本章学习目标
- 一、网络安全概念
- 二、加密技术（Encryption）
- 1. 对称加密（Symmetric Key）
- 2. 公钥加密（Public Key）
- 三、认证机制（Authentication）
- 四、报文完整性与数字签名
- 五、密钥分发与证书
- 六、防火墙与访问控制
- 1. 防火墙分类
- 2. 过滤方式
- 七、攻击类型与防御措施
- 八、典型安全协议实践
- 1. 📧 安全电子邮件（PGP）
- 2. 🔐 SSL / TLS
- 3. 🛜 IPsec
- 4. 📶 IEEE 802.11 无线网络安全
- 九、入侵检测系统（IDS）
- 🔚 本章总结
- ✅ 案例一：银行网站中的中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）
- 📍场景背景：
- 🧨 攻击流程：
- 📚 涉及知识点：
- ✅ 防御措施：
- ✅ 案例二：校园网ARP欺骗导致的分组嗅探
- 📍场景背景：
- 🧨 攻击方式：
- 📚 涉及知识点：
- ✅ 防御措施：
- ✅ 案例三：DDoS攻击瘫痪政府门户网站
- 📍场景背景：
- 🧨 攻击方式：
- 📚 涉及知识点：
- ✅ 防御措施：
- 📌 小结：案例启发式复习表
🛡️ 第8章：网络安全（Network Security）优化整合笔记
📌 本章学习目标
- 理解网络安全的基本原理（加密、认证、完整性、密钥分发）
- 熟悉安全实践技术（防火墙、各层安全、攻击与防御）
- 掌握常见协议的安全机制（SSL、IPsec、802.11i 等）
一、网络安全概念
| 安全目标 | 含义 |
|---|---|
| 机密性 | 只有通信双方能读取数据（通过加密实现） |
| 报文完整性 | 确保报文未被篡改 |
| 身份认证 | 验证对方身份 |
| 访问控制 | 限制未授权用户访问资源 |
| 可用性 | 服务对授权用户始终可用 |
二、加密技术（Encryption）
1. 对称加密（Symmetric Key）
- 加密与解密使用相同的密钥
- 算法：DES、3DES、AES
- 密码块链模式：引入前一密文参与当前加密
2. 公钥加密（Public Key）
- 加密与解密使用不同的密钥（公钥加密，私钥解密）
- 算法：RSA
- 应用场景：密钥交换、身份认证
三、认证机制（Authentication）
| 协议版本 | 描述 | 漏洞 |
|---|---|---|
| ap1.0 | “我是Alice” | 可被假冒 |
| ap2.0 | 携带IP地址 | IP可伪造 |
| ap3.0 | 发送密码 | 可被重放 |
| ap4.0 | 使用Nonce和对称密钥加密 | 安全但需要共享密钥 |
| ap5.0 | 使用Nonce与公钥加密 | 避免共享密钥，但存在中间人攻击 |
四、报文完整性与数字签名
-
散列函数（如MD5, SHA-1）：
- 将任意长度信息压缩成固定长度摘要
- 不可逆、抗碰撞
-
数字签名：
- 发送者使用私钥签署消息的哈希值
- 接收者使用公钥验证
- 实现认证、完整性、不可否认性
五、密钥分发与证书
| 机制 | 描述 |
|---|---|
| KDC | 密钥分发中心，给通信双方分发对称密钥 |
| CA | 证书认证中心，颁发含公钥的可信数字证书 |
| 信任树 | 根CA签发证书给下级CA，建立链式信任关系 |
六、防火墙与访问控制
1. 防火墙分类
- 网络级（分组过滤器）：依据IP/端口/TCP flag等规则
- 应用级（应用网关）：基于内容进行过滤，安全性更高
2. 过滤方式
- 无状态：逐个检查报文头部字段
- 有状态：结合连接状态判断合法性（基于连接表）
七、攻击类型与防御措施
| 攻击方式 | 描述 | 防御方法 |
|---|---|---|
| 窃听 | 捕获未加密报文 | 使用加密 |
| 重放攻击 | 捕获合法数据后重新发送 | 使用Nonce、时间戳 |
| IP欺骗 | 冒充他人IP地址 | 入口过滤、入侵检测 |
| DoS/DDoS攻击 | 用大量数据报淹没目标主机 | 流量监控、IP黑名单、源追踪 |
| 分组嗅探 | 在共享网络中监听数据帧 | 使用交换网络、检测混杂模式 |
八、典型安全协议实践
1. 📧 安全电子邮件（PGP）
- 使用对称加密+数字签名+公钥加密分发对称密钥
- 提供机密性、完整性和认证
2. 🔐 SSL / TLS
- 提供浏览器与服务器之间的加密连接
- 过程：
- 握手建立主密钥
- 使用主密钥生成 4 个密钥
- 数据加密与MAC校验
3. 🛜 IPsec
- 网络层安全协议：AH（认证）和ESP（加密+认证）
- 创建安全关联（SA），用于加密传输IP报文
4. 📶 IEEE 802.11 无线网络安全
- WEP（已废弃）：容易破解
- WPA / WPA2（802.11i）：引入动态密钥管理和更强加密
- 使用EAP协议和RADIUS服务器进行认证
九、入侵检测系统（IDS）
- 检查网络流量是否包含攻击模式
- 提供对端口扫描、病毒特征串、网络映射等行为的响应能力
🔚 本章总结
| 核心技术 | 说明 |
|---|---|
| 加密算法 | DES、AES、RSA |
| 认证机制 | Nonce、防重放攻击、数字签名 |
| 报文完整性 | 哈希算法、MAC、数字签名 |
| 密钥管理 | KDC、CA、证书链 |
| 网络安全措施 | 防火墙、IDS、ACL、分组过滤 |
| 实践协议 | SSL、IPsec、PGP、802.11i |
| 攻击防御 | 窃听、重放、IP欺骗、DoS及其防范措施 |
✅ 案例一：银行网站中的中间人攻击（Man-in-the-Middle Attack）
📍场景背景：
用户Alice登录某银行网站时，攻击者Trudy在她与服务器之间插入中间节点，成功劫持数据。
🧨 攻击流程：
- Trudy伪装成银行网站向Alice发送伪造的SSL证书。
- Alice浏览器没有识别出伪造证书，继续通信。
- Alice向“银行”提交账号和密码，但Trudy截获并查看了这些敏感信息。
📚 涉及知识点：
- 公开密钥加密（RSA）原理
- 数字证书与认证中心（CA）
- 中间人攻击在认证协议ap5.0中的风险
✅ 防御措施：
- 浏览器启用CA证书验证机制；
- 使用SSL证书链检查来验证网站身份；
- 浏览器提示“不受信任的证书”时立即终止连接；
- 用户应查看HTTPS证书颁发者信息和合法性。
✅ 案例二：校园网ARP欺骗导致的分组嗅探
📍场景背景：
在某高校局域网中，攻击者Trudy通过ARP欺骗，让所有数据流经其主机，从而监听了同学Alice的账户信息。
🧨 攻击方式：
- Trudy向局域网广播伪造的ARP响应，将网关的IP映射为自己的MAC地址；
- 所有主机数据包路由经过Trudy；
- Trudy启用混杂模式的网卡监听所有未加密报文。
📚 涉及知识点：
- ARP欺骗与分组嗅探原理
- 混杂模式
- 安全WiFi传输标准（802.11、WEP、WPA）
✅ 防御措施：
- 使用交换式以太网，避免共享媒介；
- 检查主机是否运行在混杂模式；
- 全面使用HTTPS、SSH等加密协议；
- 启用WPA2或WPA3代替WEP；
- 局域网防ARP欺骗软件部署。
✅ 案例三：DDoS攻击瘫痪政府门户网站
📍场景背景：
某政府官网在国庆前夕遭到大规模分布式拒绝服务（DDoS）攻击，短时间内无法访问。
🧨 攻击方式：
- 攻击者控制成千上万的“肉鸡”（被感染的主机）；
- 同时向目标网站发送SYN请求，造成连接资源耗尽；
- 正常用户无法与服务器建立连接。
📚 涉及知识点：
- SYN Flood 攻击原理（伪造SYN+ACK无法完成三次握手）
- 防火墙中的分组过滤策略（SYN/ACK位判断）
- DoS与DDoS攻击的本质与识别
✅ 防御措施：
- 启用SYN Cookies机制缓解半连接队列耗尽；
- 使用防火墙/IDS过滤可疑IP请求；
- 建立速率限制规则；
- 利用CDN服务或云安全防护服务进行流量牵引与清洗；
- 追溯攻击源，及时封锁控制中心指令通道。
📌 小结：案例启发式复习表
| 案例编号 | 主要威胁类型 | 技术知识点 | 推荐防护措施 |
|---|---|---|---|
| 案例一 | 中间人攻击 | RSA、数字证书、ap5.0 | 启用HTTPS验证机制、验证证书链 |
| 案例二 | 分组嗅探、ARP欺骗 | ARP协议、WEP/WPA、交换机 | HTTPS、交换网络、禁用混杂模式 |
| 案例三 | 拒绝服务攻击（DDoS） | TCP三次握手、SYN flood、防火墙 | SYN Cookies、流量牵引、接入防护网关设备等 |
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